---

عملکرد:

اساس اندازه‌ گیری فشار هیدرواستاتیک برای سطح به گونه‌ای است که فشار اندازه‌گیری‌‌ شده‌ متناسب با ارتفاع مایع در مخزن، صرف نظر از حجم است. فشار از طریق موارد زیر به ارتفاع مربوط می‌شود:

P = h.ρ.g

  P = فشار، h = ارتفاع، ρ = چگالی نسبی سیال، g = شتاب ناشی از گرانش می‌باشند.

برای چگالی ثابت، تنها متغیری که تغییر می‌کند ارتفاع است. در واقع، هر وسیله‌ای که بتواند فشار را اندازه‌گیری کند، می‌تواند برای‌ خواندن‌ ارتفاع یک مایع معین‌ کالیبره‌ شود و می‌تواند برای اندازه‌گیری سطح مایع در مخزن‌ها تحت شرایط جوی استفاده شود.

البته باید توجه داشت که تغییرات در چگالی مایع مطلقاً هیچ تأثیری بر اندازه‌گیری هیدرواستاتیکی جرم مایع نخواهد داشت، تا زمانی که مخزن دارای سطح مقطع ثابت در تمام ارتفاع خود باشد. یک آزمایش فکری ساده این را ثابت می‌کند: یک ظرف تا حدی پر از مایع را تصور کنید که یک ترانسمیتر فشار برای اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک به پایین آن متصل است. حال تصور کنید دمای آن مایع افزایش یابد، به طوری که حجم آن منبسط شود و چگالی کمتری نسبت به قبل داشته باشد.

با فرض عدم اضافه یا از‌ دست‌ دادن‌ مایع به مخزن یا از مخزن، هر گونه افزایش سطح مایع صرفاً به دلیل انبساط حجم (کاهش تراکم) خواهد بود. سطح مایع داخل این ظرف افزایش می‌یابد، اما ترانسمیتر دقیقاً همان فشار هیدرواستاتیک قبلی را حس می‌کند، زیرا افزایش سطح دقیقاً با کاهش چگالی جبران می‌شود.

نحوه‌ی کار

مبدل‌های فشار هیدرواستاتیک همیشه از غشایی تشکیل شده‌اند که به صورت مکانیکی یا هیدرولیکی به یک عنصر مبدل متصل هستند. عنصر مبدل می‌تواند بر اساس فناوری‌هایی مانند اندوکتانس، خازن، گیج فشار یا حتی نیمه هادی باشد. یک سنسور فشار در معرض فشار سیستم است و بنابراین باید در پایین یا نزدیک مخزن نصب شود. در مواقعی که امکان نصب سنسور به طور مستقیم در کنار مخزن در عمق مناسب وجود ندارد، می‌توان آن را از بالای مخزن نصب کرد و در سیال تا انتهای میله یا کابل پایین آورد. این روش معمولا برای کاربرد در مخازن و چاه‌های عمیق استفاده می‌شود.

اگر استفاده از نازل‌های کششی یا لوله‌های بلند اجتناب ناپذیر است، اقدامات احتیاطی لازم است تا اطمینان حاصل شود که سیال در خط لوله سخت نمی‌شود یا یخ نمی‌زند. سنسور نباید مستقیماً روی جریان محصول نصب شود، زیرا فشار اندازه‌گیری‌ شده‌ بسیار زیاد است و ‌خواندن‌ سطح نادرست خواهد بود.

کاربردهای صنعتی رایج

> کنترل سطح در مخازن یا مخازن تحت فشار
> اندازه گیری سطح در مخازن صنعتی در معرض اتمسفر با تهویه
> توقف و راه اندازی پمپ‌ها در لوله‌های باز در بخش آب و فاضلاب وابسته به سطح
> دوزبندی و توزیع مایعات در فرآیندها
> اتوماسیون فرآیندهای کنترل سطح در صنعت و انتقال اطلاعات

مزایای اندازه‌ گیری سطح هیدرواستاتیک:

اندازه گیری سطح هیدرواستاتیک به دلایل زیر از محبوبیت بالایی برخوردار است:

 

معایب:

• نامناسب برای مواد فله
• ‌وابسته‌‌ به چگالی نسبی مواد
• گران‌تر از انواع ساده‌تر اندازه گیری سطح
• برای کاربردهای با دقت بالا گران است.
•  اندازه گیری دقیق، به محیطی با چگالی ثابت یا اندازه‌گیری چگالی‌ پیوسته‌ محیط نیاز دارد.

چگونه محصول مناسب را برای اندازه گیری سطح هیدرواستاتیک انتخاب کنیم؟

هنگامی که تصمیم گرفتید از یک ترانسمیتر فشار استاندارد یا یک غوطه ور استفاده کنید، برای بیشتر کاربردها فقط باید سه تا چهار فاکتور ساده را تعریف کنید. اتصال فشار (فقط اگر یک ترانسمیتر استاندارد برای نصب جانبی باشد)، محدوده اندازه گیری، دقت و اتصال الکتریکی.

اتصال فشار باید با سوراخ رزوه‌ای داخل مخزن شما متناسب باشد، در حالی که محدوده اندازه‌گیری باید با توجه به سطحی که می‌خواهید در برنامه خود اندازه‌گیری کنید انتخاب شود. اگر یک مخزن مستقل باشد، سطح را با ارتفاع مخزن خواهید دانست، اگر یک حوضچه یا مخزن زیرزمینی است، باید تصمیم بگیرید که می‌خواهید ردیاب سطح را در چه عمقی فرو ببرید و محدوده اندازه‌گیری مربوطه را انتخاب کنید. به خاطر داشته باشید که 10 متر ستون آب تقریباً معادل 1000 میلی بار (1 بار) یا 14.5 psi است.

دقت که باید با توجه به نیاز شما انتخاب شود، دقت استاندارد <0.5٪ خطای احتمالی حداکثر 5 میلی متر در هر متر از سطح را به شما می‌دهد. در حالی که موارد دیگر با بالاترین دقت با <0.1٪ ،به دقت حداکثر 1 میلی متر در هر متر از سطح خواهد بود.

در نهایت، باید اتصال برق را انتخاب کنید. اگر یک ترانسمیتر فشار استاندارد دارید، می‌توانید یک کانکتور (مانند M12 یا DIN A) یا خروجی کابل انتخاب کنید، در حالی که به هر حال هنگام انتخاب یک ترانسمیتر فشار غوطه‌ور باید به کابل چسبید. اگر ترانسمیتر شما دارای اتصال کابلی است، باید طول مناسبی را انتخاب کنید تا امکان سیم‌کشی از فرستنده به سیستم کنترل را فراهم کند و در هنگام استفاده از فرستنده فشار غوطه‌ور، طول غوطه‌ور را در نظر بگیرید.

چگونه یک ترانسمیتر سطح هیدرواستاتیک را نصب و راه اندازی کنیم؟

در صورتی که یک ترانسمیتر فشار غوطه ور انتخاب کرده‌اید، باید دستگاه را از طریق کابل به داخل رسانه پایین بیاورید تا زمانی که به انتهای مخزن، یا منبع زیرزمینی خود برسید یا تا زمانی که به سطح صفر مورد نظر خود برسید. سپس کابل را از مخزن یا حوضچه به سیستم کنترل خود بکشید و بر اساس آن ردیاب سطح را به PLC خود وصل کنید.

اگر محیطی متلاطم دارید، باید از وزن گودی اضافی برای تثبیت ردیاب سطح در محیط استفاده کنید تا فشار ثابتی به دست آید. برای جلوگیری از آسیب مکانیکی کابل، می‌توانید از گیره‌های کابل برای ثابت کردن کابل در بالای مخزن یا در طول مسیر هنگامی که کابل را به سیستم کنترل می‌کشید، استفاده کنید. اگر یک ترانسمیتر فشار استاندارد انتخاب کرده‌اید، به سادگی ترانسمیتر را در سوراخ رزوه دار در پایین یا کنار مخزن خود پیچ ​​کنید. سپس ترانسمیتر را با یک کانکتور کابل مناسب به PLC خود وصل کنید یا ترانسمیتر را در صورت انتخاب کابل، مستقیماً به سیستم کنترل وصل کنید.

چگونه می‌توان سطح مایعات را با اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک محاسبه کرد؟

اگر چند نکته را در نظر داشته باشید، محاسبه سطح بسیار ساده است. فشار هیدرواستاتیک تنها تحت تأثیر فاصله نقطه اندازه گیری از سطح، وزن مخصوص و فشار محیط اطراف مخزن یا ظرف قرار می‌گیرد که به عنوان یک فشار اضافی در بالای رسانه قرار دارد. اگر یک حوضچه باز یا یک مخزن هواکش دارید، مهم نیست که از یک ردیاب سطح یا ترانسمیتر استاندارد استفاده می‌کنید. ترانسمیتر شما باید یک سنسور فشار سنج باشد تا به طور خودکار تأثیر فشار محیط اطراف مخزن را از بین ببرد.

در اندازه‌ گیری سطح هیدرواستاتیک در حوضچه‌ها یا مخازن باز یا دارای تهویه، جبران فشار مداوم هوای محیط با فاز گاز بالای مایع صورت می‌گیرد. بنابراین فشار محیطی که به عنوان یک “نیروی” اضافی روی محیط عمل می‌کند، همیشه شبیه فشار محیطی است که بر کل سیستم، از جمله سنسور سطح، اعمال می‌شود. بنابراین،‌ اگر از یک سنسور فشار با یک سلول اندازه‌گیری فشار نسبی استفاده کنیم، یک سنسور فشار که (درست مانند مخزن) نسبت به فشار محیط جبران یا تخلیه می‌شود، «به‌طور خودکار» اثر این فشار محیط را بر اندازه‌گیری سطح جبران می‌کند. این به این معنی است که یک سنسور فشار نسبی در مخازن و مخازن دارای تهویه، فشار اتمسفر روی مایع را از اندازه‌گیری سطح، کاملاً «لغو» می‌کند. بنابراین، فشار هیدرواستاتیک تنها با ارتفاع پر شوندگی مایع مطابقت دارد. بنابراین، ارتفاع پر شوندگی مخزن یا ظرف باز با استفاده از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

                     h = p / (ρ * g)

اندازه گیری سطح مایعات در مخازن‌ بسته‌

اگر مخزن‌ بسته‌ و بدون تهویه دارید، به عنوان مثال، در صنایع شیمیایی، اندازه‌گیری شما کمی پیچیده‌تر می‌شود. در یک مخزن بدون تهویه مقداری هوا در بالای مایع محصور‌ شده‌ و باعث فشار اضافی بر روی مایع می‌شود. بنابراین شما به یک ترانسمیتر برای اندازه‌‌گیری فشار هیدرواستاتیک برای اندازه‌ گیری سطح واقعی و دیگری برای اندازه‌گیری فشار اضافی فاز گاز محصور در بالای سطح رسانه درون مخزن نیاز دارید. هر دو به بهترین وجه با ترانسمیترهای استاندارد اندازه‌گیری می‌شوند، یا هر دو سنسور گیج یا هر دو سنسور فشار مطلق. بنابراین، محاسبه کمی تغییر می‌کند.

فشار اندازه گیری‌ شده‌ توسط ترانسمیتر، متناسب با ستون مایع است. به عنوان مثال، برای اندازه گیری سطح آب در یک مخزن، فشار 100 میلی بار در هر متر ستون آب تغییر می‌کند. برای ارتفاع مخزن 12 متری، ردیاب سطح، فشار 1.2 بار بر روی غشای سنسور را اندازه گیری می‌کند.

اندازه‌ گیری سطح در ظروف آب‌بندی شده‌ و ضد گاز

اندازه‌ گیری سطح در مخازن آب‌بندی شده‌ و ضد گاز که اغلب در صنایع شیمیایی یافت می‌شود، نیاز به جبران فشار فاز گاز محصور در بالای مایع دارد. فشار محصور فاز گاز به عنوان یک نیروی اضافی بر مایع عمل می‌کند و هرگونه اندازه‌گیری فشار هیدرواستاتیک در پایه ظرف را مخدوش می‌کند. بنابراین، این تأثیر اعوجاج باید از طریق اندازه گیری فشار اضافی فاز گاز جبران شود. اغلب از سنسور فشار دوم برای اندازه‌گیری فشار گاز استفاده می‌شود.

این کاربرد به طور موثر نشان‌دهنده یک اندازه‌ گیری فشار دیفرانسیل است که در آن دو اندازه‌گیری فشار مجزا در برابر یکدیگر قرار می‌گیرند. این محاسبه افست می‌تواند توسط دو سنسور مجزا یا از طریق یک سنسور فشار دیفرانسیل یکپارچه انجام شود. در این کاربرد، سنسورهای مورد استفاده می‌توانند نسبی (سنسور با جبران فشار محیط) یا انواع فشار مطلق (سنسور با منشا خلاء آب‌بندی شده‌) باشند. بنابراین، ارتفاع پر‌‌ شوندگی مخزن یا مخزن آب‌بندی شده‌ به روش دیگری محاسبه می‌شود.

h = (p2 – p1) / (ρ * g)

چگونه دقت اندازه گیری سطح هیدرواستاتیک را افزایش دهیم؟

هنگامی که یک سیستم اندازه‌ گیری سطح هیدرواستاتیک را راه‌اندازی می‌کنید، باید توجه داشته باشید که اندازه‌ گیری سطح تحت تأثیر وزن مخصوص محیط و دمای محیط است که بر وزن مخصوص محیط نیز تأثیر می‌گذارد. اگر محیط در ترکیب خاص خود تغییر کند، وزن مخصوص محیط ممکن است پایدار نباشد. اگر به عنوان مثال، با فاضلاب یا آب نمک کار می‌کنید، بار بیشتری از آلودگی یا نمک ممکن است وزن مخصوص محیط را افزایش دهد. بنابراین فشار هیدرواستاتیک شما مقدار بیشتری را نشان می‌دهد.

بنابراین شما افزایش سطح را محاسبه خواهید کرد، در حالی که سطح واقعی ممکن است در واقع کمتر از محاسبه شما باشد. اگر تغییراتی در ترکیب رسانه مشاهده نکردید، به عنوان مثال، شما همیشه در حال اندازه‌گیری یک محیط خاص مانند گازوئیل هستید، می‌توانید این علت تغییر وزن مخصوص توسط یک رسانه متفاوت را نادیده بگیرید.

با این حال، وزن مخصوص نیز می‌تواند به دلیل دمای متوسط ​​متغیر تغییر کند. اگر دما افزایش یابد، وزن مخصوص محیط کاهش می‌یابد و سطح افزایش می‌یابد. اما اندازه‌ گیری فشار هیدرواستاتیک ممکن است این تغییر در سطح را به دقت منعکس نکند.‌‌‌ بسته‌‌ به شکل مخزن یا حوضچه، فشار می‌تواند بسیار متفاوت از افزایش سطح ناشی از تغییر دما باشد. این می‌تواند نشان دهنده کاهش سطح باشد (اگر مخزن به سمت بالا باز شود)، سطح صحیح را نشان دهد (به طور اتفاقی شکل مخزن، کاهش تراکم را متعادل می‌کند) یا حتی افزایش بیش از حد متناسب سطح را نشان می‌دهد‌ (اگر مخزن به سمت بالا باریک شود). این اثرات برعکس زمانی رخ می‌دهد که چگالی به دلیل کاهش دمای محیط افزایش یابد. برای افزایش دقت اندازه گیری سطح هیدرواستاتیک، باید اثرات دما و تغییر وزن مخصوص محیط را جبران کنید.

چگونه می‌توان با بخار، کف، گرد و غبار، تار عنکبوت، تجمع و سایر اختلالات‌ کنار‌‌ آمد‌؟

پاسخ به این سوال بسیار ساده است. متفاوت از بسیاری از فناوری‌های اندازه‌گیری سطح غیر تماسی، اندازه‌ گیری سطح هیدرواستاتیک در برابر اختلالات بسیار متحمل است. ترانسمیترهای فشار شناور یا استاندارد در تماس مستقیم با محیط در نقطه اندازه گیری زیر سطح قرار می‌گیرند. بنابراین هیچ گونه اختلالی در بالای سطح مانند فوم، گرد و غبار، ‌پاشیدن آب یا تار عنکبوت که مانع از‌ اندازه‌‌گیری‌ دقیق توسط دستگاه‌های التراسونیک یا رادار می‌شوند، بر آنها تأثیر نمی‌گذارد.

حتی از آنجایی که این فناوری در تماس مستقیم با محیط است، تجمع، آلودگی، ذرات و غیره باعث ایجاد اختلال در سنسور نمی‌شود. تا زمانی که این آلودگی‌ها روی سنسور خشک نشوند، در نتیجه سنسور همیشه با محیط مرطوب می‌شود، محیط و هر گونه تجمع فشار هیدرواستاتیک را به سنسور فشار منتقل می‌کند. اگر مخزن یا حوضچه خالی شود و اجازه‌ داده‌ شود تا روی سنسور فشار خشک شود، می‌توان آن را به راحتی با استفاده از یک پارچه یا شستشو با آب به عنوان بخشی از تعمیر و نگهداری برنامه‌ریزی‌ شده‌، تمیز کرد. به این دلایل، اندازه‌‌گیری سطح هیدرواستاتیک یکی از قابل اعتمادترین فناوری‌هایی است که می‌توانید داشته باشید.

اگر علاقه‌مند به دانستن بیشتر درمورد اندازه گیری سطح به روش هیدرواستاتیک و اصول اندازه گیری هیدرواستاتیک می‌باشید، پیشنهاد می‌کنیم که حتما مقالات جامع را در این خصوص مطالعه نمایید.

 اگر به مطالعه بیشتر در زمینه اندازه‌ گیری سطح به روش هیدرواستاتیک علاقه دارید، به لینک‌های زیر مراجعه کنید.

https://microsites.wika.com/ms_hl_knowledge_how_to_do_en_co.WIKA

https://www.fujielectric.fr/en/products/hydrostatic-level-measurement

https://automationforum.co/level-measurement-using-hydrostatic-pressure-measurement/